Dynamik von Vitamin B 12, Cobalamin

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1 Dynamik von Vitamin B 12, Cobalamin Peter Bützer Inhalt 1 Daten Geschichte Wirkung Normwerte Kinetik und Dynamik Aufnahme Elimination Bedarf und Versorgung Mangel Ursachen von Vitamin B 12 -Mangel Nachweis einer Resorptionsstörung Therapie Überdosierung, Unverträglichkeiten Herstellung Simulation Annahmen Simulationsmodell (Typ 3 und 4) Zeitdiagramm Dokumentation (Gleichungen, Parameter) Interpretation Literatur Stick and Ball-Modell von Vitamin B 12

2 Peter Bützer 2 1 DATEN 1 Andere Namen: Coenzym B 12, Adenosylcobalamin, Antiperniziosa-Faktor Summenformel: C 63 H 88 O 14 N 14 PCo Smiles:CC1=CC2=C(C=C1C)N(C=N2)C3C(C(C(O3)CO)OP(=O)([O])OC(C)CNC(=O)CCC4( C(C5C6(C(C(C(=C(C7=NC(=CC8=NC(=C(C4=N5)C)C(C8(C)C)CCC(=O)N)C(C7(C)CC(=O) N)CCC(=O)N)C)[N-]6)CCC(=O)N)(C)CC(=O)N)C)CC(=O)N)C)O.[C-]#N.[Co+3] InChI: InChI=1S/C62H90N13O14P.CN.Co/c (21-30(29)2)75( )57-52 (84)53(41(27-76)87-57)89-90(85,86)88-31(3) (83) (8)37(22-46(66)80)56-62(11)61(10,25-48(68)82)36( (65)79)51(74-62)33(5)55-60(9,24-47(67)81)34( (63)77)38(71-55) (6,7)35( (64)78)50(72-42)32(4)54(59)73-56;1-2;/h20-21,23,28,31,34-37,41,52-53,56-57,76,84H,12-19,22,24-27H2,1-11H3,(H15,63,64,65,66,67,68,69,71,72,73,74,77,78,79,80,81,82,83,85,86);;/q;-1;+3/p- 2/t31?,34?,35?,36?,37?,41-,52-,53-,56?,57+,59?,60?,61?,62?;;/m1../s1 M: g/mol Dunkelrotes, kristallines Pulver Wasserlöslichkeit ca. 1 g/80 ml, logp = 2.35 Ist licht-, sauerstoff-, säure und basenempfindlich aber wenig hitzeempfindlich CAS Nr.: Abbildung 1: Konfiguration von Vitamin B 12 (R= -CN: Cyanocobalmin). Abbildung 2: 3D-Darstellung von Vitamin B12: Netz: blaue Farbe kleine, rote Farbe grosse Elektronendichte.

3 Peter Bützer 3 Abbildung 3: Spektrum: UV-NIR-Absorptionsspektrum von Vitamin B 12 (Maxima bei 278, 361 und 550 nm). Die Absorption im sichtbaren Bereich bei 550 nm führt zur roten Farbe. 2 GESCHICHTE Etwa um 1850 beschrieb der britische Arzt Thomas Addison ( ) die sogenannte Addisonian anemia, die pernizöse Anämie (bösartige Blutarmut), für die es keine Therapie gab und daher tödlich verlief entdeckte der Amerikaner George Hoyt Whipple ( ), dass die mit Leber behandelt werden kann. Vitamin B 12 1 wurde 1926 zum ersten Mal beschrieben. Die erste Reindarstellung erfolgte unabhängig voneinander durch Folkers sowie von Smith und Mitarbeiter erhielten George Hoyt Whipple ( ), USA, George Richards Minot ( ), USA, William Parry Murphy ( ), USA den Nobelpreis "für ihre Lebertherapie gegen Anämie" denn die Krankheit war ohne Therapie tödlich. Vitamin B 12 wurde 1948 vom amerikanischen Chemiker Karl Folkers ( ) und vom britischen Chemiker Baron Alexander Todd ( ) isoliert. Dann konnte mit Hilfe von Bakterien (Lactobacillus lactis 2 ) der Vitamin-B 12 -Gehalt indirekt bestimmt werden wobei Cobalt als essenzielles Spurenelement erstmals gefunden wurde wurde es seiner chemische Struktur von Dorothy Crowfoot Hodgkin ( ) aufgeklärt, die 1964 dafür den Nobelpreis für Chemie erhielt 4. Der Mount Everest der chemischen Synthese, die Totalsynthese, gelang 1972 den Teams von Albert Eschenmoser (1925-) und Robert B. Woodward ( ) sind biotechnologische Verfahren zur Herstellung beschrieben worden 6. 3 WIRKUNG Vitamin B 12 wird hauptsächlich zur Bildung der roten Blutkörperchen benötigt und kann daher als Reifungsfaktor bezeichnet werden 7. Bei einem Mangel bleiben die Erythrozyten im embryonalen Stadium stehen es erscheinen sogenannte Megaloblasten. Die chemische Struktur ähnelt dem Hämoglobin-(Blutfarbstoff-)molekül mit seinem Eisenatom im Zentrum (R= -CN: Cyanocobalamin). 1 Vitamin B 12 wird auch als Cobalamin, extrinsic factor, tierischer Eiweissfaktor, Antiperniziosafaktor oder animal protein factor bezeichnet. Ist auch identisch mit dem für das Wachstum vom Bakterium Lactobacillus lactis erforderlichen LLD-Faktor.

4 Peter Bützer 4 Cobalamin ist wesentlich an der Hämotopoese (Nucleinsäuresynthese, RNA, DNA), der Myelinsynthese und der Synthese von epithelialen Gewebe beteiligt. Als Coenzym (Co- Faktor) ist es ein wichtiger Bestandteil des Fettsäure- und Kohlenhydrat-Stoffwechsels. Es ist wichtig beim Abbau von sogenannt ungeradzahligen Fettsäuren und für die Synthese der DNA. Die Verdoppelung einer Zelle setzt auch die Verdoppelung der DNA und der beteiligten RNAs voraus. Die Zellteilung in den sich schnell teilenden, unreifen Vorläuferzellen der roten Blutkörperchen im Knochenmark ist bei einem Mangel an Vitamin B 12 beeinträchtigt 8. Zwei metabolische Reaktionen laufen nur mit Vitamin B 12 : 1. Die Methionin-Synthase Reaktion mit Methylcobalamin 2. Die Methylmalonyl-CoA-Mutase Reaktion mit Adenosylcobalamin Die Methylmalonyl-CoA-Mutase formt 1-Methylmalonyl-CoA in Succinyl-CoA um (eine wichtige Reaktion im Fettsäure- und Kohlenhydratmetabolismus). Adenosylcobalamin ist auch das Coenzym bei der Ribonucleotid Reduktion (welche Bausteine für die DNA Synthese liefert). Die Katalyse von intramolekularen Umlagerungen und Methylierungen sind gut untersucht 9. 4 NORMWERTE Der Serumspiegel für Cobalamin in pg/ml (1 pg = g) 10,11 : Erniedrigt: < 179 Indifferent: Normalwert: (Mittelwert 450 pg/ml) 38 Erhöht: > pg/ml entsprechen 150 pmol/l 5 Liter Blut enthalten mit 450 pg/ml total 2.25 µg Vitamin B KINETIK UND DYNAMIK 5.1 Aufnahme Die eingenommenen Cobalamine werden von der Magensäure aus den Proteinen der Nahrung freigesetzt und hauptsächlich an das R-Protein des Speichels gebunden. Im Duodenum wird das R-Protein durch Trypsin abgebaut und das Cobalamin freigesetzt 12. Die Aufnahme des Vitamins durch den Darm erfolgt bei normalen Mengen mit Hilfe eines speziellen Glycoproteins (so genannter Intrinsic Factor (IF) mit einer Molmasse von ca. 60'000 g/mol). Bei sehr grossen Mengen erfolgt die Aufnahme auch ohne den Intrinsic Factor 13. Dieser Hilfsstoff wird von bestimmten Zellen der Magenschleimhaut (Belegzellen) gebildet und bindet das Vitamin, wodurch es vor der Zerstörung im nachfolgenden Zwölffingerdarm geschützt wird. Belegzellen (Exocrinocyti parietales), auch Parietalzellen genannt, sind Drüsenzellen der Magenschleimhaut, die für die Produktion von Salzsäure verantwortlich sind. Die tatsächliche Aufnahme dieses B 12 -IF-Komplexes aus Vitamin und Eiweiss in die Zellen erfolgt im letzten Abschnitt des Dünndarms (terminales Ileum). Die Darmzellen besitzen dort dafür notwendige spezielle oberflächliche Bindungsstellen. Das heisst, die Aufnahme ist auf eine funktionierende Magenschleimhaut angewiesen. Mit dem Alter nimmt die Absorption ab, was die Aufnahme von Vitamin B 12 im Darm vermindern kann. Nach der Resorption wird Cobalamin im Blut an spezielle Transportproteine gebunden.

5 Peter Bützer 5 Tabelle 1: Eigenschaften und Aufgabe von zwei humanen Transcobalaminen 14 Transcobalamin I (TC I) Transcobalamin II (TC II) R-Proteine Anzahl Aminosäuren Molmasse (Dalton) Genetische Codierung auf Chromosom 11 Chromosom 22 Aufgabe im Blut Transport von Vitamin B 12 aus dem Blut zur Leber Transport von Vitamin B 12 aus dem Blut zu den Zellen Diese Transcobalamine vermögen nur μg (Mikrogramm = 1 millionstel Gramm) Vitamin B 12 aufzunehmen 15, weshalb die maximal resorbierbare Menge pro Mahlzeit auf diese Werte beschränkt ist (die mittlere Bindungskapazität beträgt ca pg/ml). Die Speicher von Vitamin B 12 (2 5 mg) sind im Vergleich zur notwendigen Tageszufuhr sehr hoch, also etwa ein Faktor 1000 grösser, wobei 50-90% in der Leber vorhanden sind 16, während in Niere, Herz und Gehirn je ca. 30 μg und in der Milz rund 20 μg vorhanden sind 15. Die maximale Plasmakonzentration wird nach oraler Aufnahme in 8-12 Stunden ( Tage), nach intramuskulärer Injektion in ca. 1 Stunde erreicht 16 (0.042 Tage). Nur 1-10% des Vitamin B 12 liegen im Serum gebunden oder ungebunden vor 17 (diese Angabe ist mehr als zweifelhaft, wenn man die Plasmakonzentrationen mit dem Blutplasmavolumen zu Mengen umrechnet!). Die R-Proteine (TC I) sind Kurzzeitspeicher im Plasma für Vitamin B 12 mit einer Halbwertszeit von ca. 10 Tagen 12. Eine ungewöhnliche Besonderheit? Die Aufnahme im Darm erfolgt dosisabhängig: Je grösser die Konzentration, desto geringer die Aufnahme 18. Das ist nicht so ungewöhnlich, weil die aufgenommenen Mengen durch den Intrinsic Factor und die Speicherung durch die Transcobalamine sehr beschränkt sind, die aufgenommen werden können. Weil dieser nicht verfügbare Teil immer klein bleibt, wird das Verhältnis zur eingenommenen Menge immer schlechter, je grösser die zugeführte Dosis ist. Die Konzentration von Vitamin B 12 im Magensaft wurde zu μg /l bestimmt 19. Die tägliche turn-over Rate des Organismus beträgt ca % der Gesamtmenge Elimination Die Halbwertszeiten betragen im Plasma ungefähr 5-6 Tage, in der Leber 400 Tage 16. Die Ausscheidung erfolgt zu ganz geringen Teilen ( μg/tag 15 ) unverändert mit Urin, Faeces und Schweiss (Harn: ng/24h 21 ; Bereich pg/ml 17 ). Ein Mangel an Vitamin B 12 entwickelt sich sehr langsam, bei völligem Stopp der Zufuhr in der Regel erst nach zwei bis drei Jahren, da die biologische Halbwertszeit des Vitamins B 12 etwa Tage beträgt. Bei einer parenteral (unter Umgehung des Darmes) verabreichten Dosis von 50 μg werden 95% zurückgehalten, bei einer Dosis von μg werden innert 48 Stunden 50-95% der applizierten Dosis wieder ausgeschieden 17.

6 Peter Bützer 6 6 BEDARF UND VERSORGUNG Tabelle 2: Vitamin B 12 -Gehalte in Nahrungsmitteln 22,23 Nahrungsmittel Vitamin-B 12 -Gehalte (µg/100g) Fleisch Schweinefleisch Leber 25 Muskelfleisch 3 Schnitzel 2.8 Rindfleisch Leber Muskelfleisch 2 Nieren (Rind) 30 Steak 1.1 Kaninchen 10 Huhn 0.5 Fisch Hering 7-14 Forelle 4.5 Kabeljau Milch/-produkte Gorgonzola 1.2 Frischkäse Vollmilch Hühnerei 2.5 Gemüse Grünes Blattgemüse 0.01 Gehalt, Bedarf, Versorgung: Der Gesamtkörperbestand eines Erwachsenen beträgt etwa 1 mg Cobalt beziehungsweise 2 5 mg Vitamin B 12. Die Cobalt-Aufnahme liegt normalerweise bei etwa 10 μg pro Tag. Der tägliche Bedarf an Vitamin B 12 liegt bei 2 3 μg, für Jugendliche und Erwachsenen wird eine Aufnahme von 3 μg/tag empfohlen 24, aber nur 1,5 2 μg Cobalamin können pro Mahlzeit auf resorbiert werden 25. Vitamin B 12 wird nur von Bakterien gebildet und reichert sich in tierischen Produkten an, weshalb Leber, Fleisch (Austern, Muscheln 26 ), Eier und Milchprodukte, aber auch wenige mikrobiell hergestellte Lebensmittel wie Sauerkraut, Algen 27 oder Bier Vitamin B 12 enthalten. Die eigenen Bakterien helfen bei der Versorgung nicht, denn der Dünndarm mehr oder weniger frei von Bakterien, und der Dickdarm, wo wir unsere Cobalamin produzierende Darmflora kultivieren erst auf den Dünndarm folgt, können wir das in unserem Darm produzierte Vitamin B 12 nicht nutzen. Wir sind also auf die Zufuhr über die Nahrung angewiesen! Die Mikroorganismen der Wiederkäuer benötigen Cobalt, damit Vitamin B 12 durch Bakterien im Pansen synthetisiert werden kann. In Regionen mit Cobalt-armen Böden können deshalb Mangelkrankheiten (Hinschkrankheit, Bush Sickness) auftreten, die sich durch geringe Cobalt-Gabe in Form von Cobalt(II)-Salzen vermeiden lassen. 7 MANGEL Die Vitamin B 12 -Mangelerkrankung wird auch oft als perniziöse Anämie ("Untergangbringende Blutarmut") bezeichnet, ein Ausdruck der 1872 geprägt wurde, als die Erkrankung tatsächlich oft tödlich endete. Die Bedeutung des Vitamins B 12 wurde erst viel später erkannt. Eine andere Bezeichnung ist Morbus Biermer. Im engeren Sinn sollte der Begriff perniziöse Anämie nur für die Formen verwendet werden, bei denen die Intrinsinc-Faktor-Bildung gestört ist. Eine unbehandelte perniziöse Anämie ist tödlich. Bei einem länger dauernden Vitamin B 12 Mangel können neben Veränderungen des Blutbildes 2 und Störungen im Bereich des Magen- Darmtraktes auch Nervenschädigungen 3 auftreten. Diese äussern sich beispielsweise in Gangunsicherheit, Missempfindungen und 2 Im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel der Folsäure; Anämie kann durch Folsäure-,Vitamin B 12 - oder Eisen- Mangel bedingt sein. 3 Funikuläre Myelose auch funikuläre Spinalerkrankung eine Entmarkungskrankheit

7 Peter Bützer 7 Kribbeln an Händen und Füssen. Der eigentliche Wirkstoff ist für das Nervensystem Methylcobalamin. 7.1 Ursachen von Vitamin B 12 -Mangel Bei Vitamin B 12 -Mangel liegt selten eine Vitaminmangelernährung vor, meist handelt es sich um eine Resorptionsstörung, die durch einen Mangel an Intrinsic Factor bedingt ist. Ursachen hierfür sind bestimmte Magenerkrankungen wie z.b. einer bestimmten Form der chronischen Magenschleimhautentzündung (Autoimmun-Gastritis). Dabei werden Antikörper gegen die Zellen die den Intrinsic Factor produzieren gebildet. Diese Zellen werden nach und nach zerstört, die Aufnahme von Vitamin B 12 aus dem Dünndarm ist dann unmöglich. Die Folge ist die sogenannte Vitamin B 12 Mangelanämie (perniziöse Anämie). Ein Vitamin B 12 -Mangel kann auch bei streng vegetarischer Ernährung auftreten, nach Entfernung des Magens oder in seltenen Fällen Mangel durch den Befall mit einem Fischbandwurm bedingt sein. 7.2 Nachweis einer Resorptionsstörung Der Nachweis einer Vitamin B 12 -Resorptionsstörung erfolgt durch den sogenannten Schilling- Test (Urinexkretionstest): Der Patient erhält oral je ca. 1 μg 58 Co-Cobalamin ohne Intrinsic Factor und 57 Co -Cobalamin mit Intrinsic Factor ( 57 Co und 58 Co sind schwach radioaktive Isotope). Nach etwa 2 Stunden werden 1000 μg unmarkiertes Cobalamin intramuskulär als "Ausschwemmdosis" gegeben und anschliessend im 24-Stunden-Harn die Aktivität beider Isotope gemessen. Beim gesunden Menschen werden beide markierten Isotope in gleichem Masse mit dem Harn ausgeschieden (10-25 %). Liegt ein Mangel an Intrinsic Factor vor, ist die 58 Co - Ausscheidung stark reduziert (unter 5 %). Bei Resorptionsstörungen im Ileum ist die Aktivität beider Testsubstanzen vermindert. Tiefe Folsäurewerte können einen Mangel an Vitamin B 12 vortäuschen Therapie Vitamin B 12 Mangel ist häufig und in der Regel wird das Vitamin intramuskulär ersetzt. Im Speichel konnten Transportproteine TC1 und Haptocorrin für Cobalamin nachgewiesen werden 29,30,31,32 was mit ein Grund sein dürfte, dass grosse orale Dosen auch beim Fehlen des Intrinsic Factors im Darm wirksam sind. Die orale Einnahme kann daher als Alternative zur intramuskulären Verabreichung in Betracht gezogen werden 33. Die grossen Dosen bei der oralen Therapie sind notwendig, da sich das Protein des Speichels im Magen stark verdünnt und daher mit dem Vitamin aus der Tablette nur bei grosser Konzentration genügend rasch reagieren kann (Konzentrationen von Haptocorrin: nm) 34. Die langsame, langdauernde Abgabe von Vitamin B 12 im Mund (Kaugummi, Bonbons), entsprechend der Geschwindigkeit der Speichel-Produktion von R-Protein, ist daher eine erfolgversprechende Variante und wird bei Veganern verwendet Überdosierung, Unverträglichkeiten Überdosierungen von Vitamin B 12 sind praktisch unmöglich, da das Vitamin wasserlöslich ist und Überschüsse so über den Urin abgeführt werden. Ausserdem konnte selbst bei einer zehntausendfachen Überschreitung der empfohlenen Tagesdosis kein toxischer Effekt nachgewiesen werden. Auch Vitamin-B 12 -Allergien sind äusserst selten beobachtet worden. Bei der Maus erwiesen sich einmalige Injektionen von mg/kg i.p. und i.v. ohne jeden toxischen Effekt 36.

8 Peter Bützer 8 Unverträglichkeiten mit einigen Medikamenten sind bekannt 37. Besonders Antacida können durch verminderte Aufnahme einen Mangel an Vitamin B 12 im Blut verursachen. Reduzierende Substanzen, insbesondere Vitamin C (Ascorbinsäure) und Schwefeldioxid (SO2) haben Hinweise darauf gegeben, dass sie Vitamin B 12 zerstören 37,38. 8 HERSTELLUNG Vitamin B 12 als Medikament/ Nahrungsergänzungsmittel wird biotechnologisch beispielsweise mit Hilfe von antibiotikaproduzierenden Streptomyceten, Pseudomonas denitrificans oder Propionibacterium shermanii hergestellt 39. Die Weltjahresproduktion betrug 2001 ca. 10 Tonnen 40 (ca. 135 mg/l in 7 Tagen 41 ). 9 SIMULATION 9.1 Annahmen Es wird ein Zweikompartiment-Modell mit Speicher (Leber) verwendet. Das Modell simuliert lediglich die orale Aufnahme von Vitamin B 12. Ein Teil des Vitamins wird nicht aufgenommen. Die Resorption ins Blut ist rasch. Im Blut beschränken die Transcobalamine die maximale Aufnahme in die Leber. Aus dem Blut wird bei hohen, auch parenteralen Dosen, sehr rasch ausgeschieden. 9.2 Simulationsmodell (Typ 3 und 4) 42 Leber Kapazität Leber Vorrat B12 in der Leber kr HWZl HWZs kz k res kh Speicher hin Speicher rueck km Zielwert zuführen Verdauungstrakt resorbieren B12 im Blut metabolisieren ka ausscheiden eliminieren k elim Blutplasma volumen Blutplasmakonzentration von B12 HWZb Basis Elimination Abbildung 4: Simulationsmodell der oralen Aufnahme von Vitamin B 12 und der zeitliche Verlauf der Konzentration im Blut 43

9 Peter Bützer Zeitdiagramm Blutplasmakonzentration Blutplasmakonzentration pg/ml 400 pg/ml Time (Day) Blutplasmakonzentration von B12 : Current Abbildung 5: Verlauf bei vollem Leber- Speicher und einer täglichen Zufuhr von 2 Mikrogramm Time (Day) Blutplasmakonzentration von B12 : Current Abbildung 6: Verlauf bei leerem Leber- Speicher und einer täglichen Zufuhr von 1 Mikrogramm Folgerung: Bei leerem Leber-Speicher können mit 1 Mikrogramm pro Tag Normwerte nie erreicht werden. Mit 3 µg/tag dauert es ca. 1 Jahr, mit 5 µg/tag etwa 2 Monate. Eine orale Zufuhr ist als Erhaltungsdosis sinnvoll. 9.4 Dokumentation (Gleichungen, Parameter) (01) ausscheiden= ka*verdauungstrakt (02) B12 im Blut= INTEG (resorbieren+speicher rueck-eliminieren-metabolisieren-speicher hin, 0.01) Units: Mikrogramm [0,?] Menge B12 im Blut (03) B12 in der Leber= INTEG (IF THEN ELSE(Speicher hin>10, 10, Speicher hin)-speicher rueck,leber Vorrat) Units: Mikrogramm [0,?] Grösster Speicher von B12; Die Menge der Transcobalamine beschränken die maximale Aufnahme aus dem Blut auf ca. 10 Mikrogramm/Tag (04) Basis Elimination= 0.25 Units: Mikrogramm/Day [0.08,0.5] Durchschnitt 0.25 Mikrogramm/Tag [Zaeslin S.76] (05) Blutplasmakonzentration von B12= B12 im Blut/Blutplasmavolumen*1e+006 Units: pg/ml [0,?] Werte, die medizinisch verwendet werden; normal zwischen pg/ml, Normalwert 500 pg/ml (06) Blutplasmavolumen= 3000 Units: ml*mikrogramm/pg [2800,3400] (07) eliminieren= IF THEN ELSE(B12 im Blut<=0.1, 0, k elim*( ABS((B12 im Blut-Zielwert)+(B12 im Blut-Zielwert))/2)+Basis Elimination ) Elimination im Harn, Schweiss etc.; Es wird umso weniger eliminiert, je kleinner der Blutwert im Vergleich zum Normwert ist, aber es wird umso mehr eliminiert, je grösser der Blutwert im Vergleich zum Normwert ist [Zaeslin S.77}. Der absolute Betrag verhindert negative Werte. (08) FINAL TIME = 300 Units: Day

10 Peter Bützer 10 The final time for the simulation. (09) HWZb= 6 Units: Day [4,7] Halbwertszeiten des B12 im Blut (10) HWZl= 450 Units: Day [400,750] Halbwertszeit der Freisetzung von der Leber ins Blut (11) HWZs= 6 Units: Day [5,7] Halbwertszeit der Aufnahme vom Blut in die Leber muss vergleichbar sein mit der Halbwertszeit von B12 im Blut, da noch metabolisiert und abgebaut wird (12) INITIAL TIME = 0 Units: Day The initial time for the simulation. (13) k elim= ln(2)/hwzb Units: 1/Day [0,?] (14) k res= 4.8 Units: 1/Day [4,6] Reaktionsgeschwindikeits-Konstante der Resorption (max. Plasmaspiegel in 8-12 Std. d.h. kres=0.2 1/Std. -> k= 4.8 1/Tag; Ist kres=0, dann fehlen die IF (kres mit Simulation abgeschätzt) [Vit-B12 Product Information] (15) ka= 2 Units: 1/Day [0,?] Verweilzeit im Dünndarm 7-9 Stunden = Tage -> k ist ungefähr 0.6/0.3 =2 (16) kh= ln(2)/hwzs Units: 1/Day [0,?] (17) km= 1 Units: 1/Day [0,3] Reaktionsgeschwindigkeitskonstante für den Grundumsatz, der ist so gewählt, dass bei einer Zufuhr von 2-3 Mikrogramm pro Tag etwa der Normwert von 450 pg/ml erreicht und gehalten werden kann (Grundumsatz) (18) kr= ln(2)/hwzl Units: 1/Day [0,?] (19) kz= 2 Units: Mikrogramm/Day [0.01,100] Tägliche Zufuhr (20) Leber Kapazität= 2000 Units: Mikrogramm [1000,4000] Durchschnittliche Kapazität 1-4 mg entspr Mikrogramm; Mittelwert 2000 Mikrogramm (21) Leber Vorrat= 2000 Units: Mikrogramm [10,4000] 1000 Mirkogramm = 1 mg; Normal in der Leber ca. 2 mg; zu wählender Anfangswert (22) metabolisieren= km*b12 im Blut (23) resorbieren= k res*verdauungstrakt (24) SAVEPER = TIME STEP Units: Day [0,?] The frequency with which output is stored. (25) Speicher hin= kh*b12 im Blut*Leber Kapazität/B12 in der Leber Aufnahmegeschwindigkeit vom Blut in die Leber; je mehr die Leber gefüllt ist, desto langsamer nimmt sie auf (26) Speicher rueck= kr*b12 in der Leber*Zielwert/B12 im Blut Freisetzungsgeschwindigkeit aus dem Speicher ins Blut; je kleiner die Menge B12 im Vergleich zum Normwert im Blut ist, desto rascher wird von der Leber abgegeben

11 Peter Bützer 11 (27) TIME STEP = 0.1 Units: Day [0,?] The time step for the simulation. (28) Verdauungstrakt= INTEG (zuführen-ausscheiden-resorbieren, 0) Units: Mikrogramm [0,?] Menge im Verdauungstrakt (29) Zielwert= 1 Units: Mikrogramm [1,6] pg/ml; Normwert ca. 500 pg/ml -> 1-6 Mikrogramm auf 5000 ml Blut; 500 pg/ml entspr. 2.5 Mikrogramm total; durch Homöostase wird dieser Wert eingestellt. Der Zielwert ist die untere Grenze des Normwerts (genügende Menge) (30) zuführen= kz 9.5 Interpretation Das Modell kann die Bindung an den Intrinsic Factor und den genauen Transport mit den Transcoblaminen nicht beschreiben, weil hier die notwendigen Daten fehlen. Diese Reaktionen sind bei der Resorption, resp. bei der Aufnahme von Vitamin B 12 in die Leber gesamthaft erfasst. Es macht auch bei einem akuten Mangel keinen Sinn in grossen Zeitabständen sehr grosse Mengen von Vitamin B 12 einzunehmen, da der grösste Teil unmittelbar ausgeschieden wird. Sinnvoll ist, wie die Simulation zeigt, eine konstante Zufuhr über lange Zeit (Depotpräparate i.m. oder s.c., orale Zufuhr). Begrenzend für die Aufnahme ist nicht nur der intrinsic factor im Darm, sondern auch die Transcobalamine als Transportproteine beschränken die Aufnahme in die Zellen und die Leber.

12 Peter Bützer LITERATUR 1 Editiones ROCHE, Vitamin-Compendium, F.Hoffmann-LaRoche & Co. AG, Basel, 1980, S Belitz H.-D., Grosch W., Food Chemistry, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1999, P Jakubke Hans-Dieter, Jeschkeit Hans, Lexikon Biochemie, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1976, S The Nobel Prize in Chemistry 1964, Schmid Alexandra, Vitamin B 12 : von Rindsleber, Nobelpreisen und Vegetariern, Agroscope: Fachbericht, 7. November 2007, S.16 6 Toraya Tetsuo, Yongsmith Busaba, Tanaka Atsuo, Fuki Saburo, Vitamin B 12 Production by a Methanol-Utilising Bacterium, Applied Microbiology, Sept., 1975, p Baltes Werner, Lebensmittelchemie, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1995, S.28 8 Lüllmann Heinz, Mohr Klaus, Ziegler Albrecht, Taschenatlas Pharmakologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgat, 1994, S Rehner Gertrud, Daniel Hannelore, Biochemie der Ernährung, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin, 2001, S DocCheck Flexikon, Cobalamin, Zeilinger Maria, VITAMIN B 12 Referenzbereiche ("Normalbereiche") Plasma/Serum, Silbernagl Stefan, Despopoulos Agamemnon, dtv-atlas der Physiologie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1983, S Jeker Murielle, Bühr Viviane, Colombani Paolo, ETHZ, Vitamin B1, Infoblatt 14, Februar Transcobalamin, Zaeslin C., Vitamine in der Medizin, Editiones <Roche>, Basel, 1981, S Vit-B 12 product information (Wyeth US) Rec 4/89, Rev 12/88, zitiert in: SAF FERMION LIMITED, Cobalamine, , p.2 17 Zaeslin C., Vitamine in der Medizin, Editiones <Roche>, Basel, 1981, S Schmid Alexandra, Vitamin B 12 : von Rindsleber, Nobelpreisen und Vegetariern, Agroscope: Fachbericht, 7. November 2007, S Wissenschaftliche Tabellen Geigy, Ciba-Geigy AG, Basel, Achte Auflage, Band 1, 1977, S Wissenschaftliche Tabellen Geigy, Ciba-Geigy AG, Basel, Achte Auflage, Band 1, 1977, S Hoffmann-La Roche AG und Urban & Schwarzenberg (Hrsg.), Roche Lexikon Medizin, Vitamin B 12, Urban & Schwarzenberg, München, 1984,S Landesbetrieb Hessisches Landeslabor, Wissenschaftliche Informationen über Vitamin B 12, Wissenschaftliche Tabellen Geigy, Ciba-Geigy AG, Basel, Achte Auflage, Band 1, 1977, S Jakubke Hans-Dieter, Jeschkeit Hans, Lexikon Biochemie, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1976, S Römpp Online, Vitamin B12, Schwedt Georg, Taschenatlas der Lebensmittelchemie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1999, S Pulz Otto, Wir über uns - Bereich Biotechnologie, Oh Robert C., Brown David L.,Vitamin B 12 Deficiency, American Family Physician, Vol. 67/No. 5, March 1, Wissenschaftliche Tabellen Geigy, Ciba-Geigy AG, Basel, Achte Auflage, Band 1, 1977, S Lin J.C., Borregaard N., Liebman H.A., Carmel R., Deficiency of the specific granule proteins, R- binder/transcobalamin I and lactoferrin, in plasma and saliva: a new disorder, Am-J-Med- Genet Apr 22; 100(2), p Herzlich B.C., Herbert V., Cobalamin-specific R binder in pernicious anemia gastric juice: production by digestive enzyme action on saliva R binder, Am J Gastroenterol 1985, 80, p Burger R.L., Allen R.H., Characterization of vitamin B 12 -binding proteins isolated from human milk and saliva by affinity chromatography, J Biol Chem., Nov 25, 249 (22), 1974, p Nyholm E., Turpin P., Swain D., Cunningham B., Daly S., Nightingale P., Fegan C., Oral vitamin B 12 can change our practice, Postgrad. Med. J., 79, 2003, p Fedosov Sergey N., Berglund Lars, Nexø Ebba, Petersen Torben E., Sequence, S-S Bridges, and Spectra of Bovine Transcobalamin Expressed in Pichia pastoris, J Biol Chem, Vol. 274, Issue 37, September 10, 1999, p Norris Jack, Vitamin B 12 : Are you getting it?, Rev. 05/02, p.1, 12 January 2008

13 Peter Bützer Zaeslin C., Vitamine in der Medizin, Editiones <Roche>, Basel, 1981, S U.S. National Library of Medicine and National Institutes of Health, Vitamin B 12, Belitz H.-D., Grosch W., Food Chemistry, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1999, P Jakubke Hans-Dieter, Jeschkeit Hans, Lexikon Biochemie, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1976, S Gmünder Felix, Weltproduktion biotechnologisch erzeugter Produkte, Mehrke Gerhard, Biotechnologie, Bützer Peter, Roth Markus, Die Zeit im Griff, Systemdynamik in Chemie und Biochemie, verlag pestalozzianum, Zürich 2006, S. 50ff, 57ff 43 Vensim PLE, Simulationssoftware, Ventana Systems Inc.,